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문제 정의
- 본 연구에서는 월영동 유역에 대한 SWMM 모형을 적용하여 지속시간별, 빈도별 홍수량을 산정고 이들 강우량이 해수 면 상승에 의해 어떠한 유출특성을 보이는 지 분석하였다. 월영동 해안의 지표 표고가2.
제안 방법
- SWMMe 유역특성의 공간적 변화를 반영하기 위하여 전체유역을 소유역으로 분할하여 각 소유역의 유출을 모의하고, 각 소유역의 유출을 하도/관거 망을 통하여 추적함으로서 전체 유역의 유출을 계 산한다.
- 강우-유출현상의 모의를 위하여 지표면 유출이 발생하는 소유역을 지면저류가 없는 불투수역 (A3)과 지면저류가 있는 불투 수역(A1), 그리고 지면저류가 있는 투수역 (A2)의 세 부분으로 구분한다. 그리고 이들 지표면을 통한 유출량은 유역을 비선형 저수지로 가정한 후 연속방정식과 Manning식을 사용하여 계산한다.
- 1m 이상의 경우 해일 피해에서 평가하는 것이 타당하다고 판단하였다. 따라서, 최고 해수위를 2.1m로 하여 -0.4m, Om, Im,1.5m 2.1m, 5가지 해수위에 대한 침수특성을 분석하였다. 분석결과에 의하면 빈도별 강우량이 증가하고, 해수위가 상숭할수록 침수량, 즉 우수관거에서 월류되는 유출량이 급격하게 증가함을 알 수 있었고 바다로 배수되는 조건이 유역내 침수유역에 중요한 영향을 주기 때문에 해수위의 영향이 매우 중요한 인자로 작용함을 알 수 있었다.
- 연구수행방법은 연구 대상 지역의 유역 현황 및 우수관망을 조사하여 SWMM모 형에 입력하고 배수구역 및 강우특성을 결정하여 해수위상승에 따른 저지대 우수 관망 월류량을 계산하며, 이를 이용하여 침수구역 예상 및 침수심 산정을 하여 침수 특성을 분석한다. 아래 그림은 연구진행 흐름도이다.
- 해안저지대 도시지역에서 해수위의 영향에 따라 많은 피해가 발생하는데 이는 태풍시 해일에 의한 침수위험도와, 우수관망의 배수불량에 의한 원인도 크다고 판단하고 본 연구에서는 2003년 9월 태풍 '매미' 상륙시 피해가 상당히 크게 발생한 마산시 월영동 일대 저지대 침수지역을 연구대상지역으로 선정, 도시 강우 유출모형인 SWMM을 이용하여 우수관거 해석 및 월류량을 산정하고 이에 따른 침수 피해 구역을 판단하였다.
대상 데이터
- 연구 대상 지역은 2003년 태풍 '매미' 상륙시 해일에 의한 피해가 크게 나타난 마산 월영동 일대로 이 지역의 특징은 저지대에 위치해 있고 일부 우수관의 방류구가 최고 만조위보다 아래에 위치하고 태풍 내습시 강한 바람에 의한 수면상승과 기압차에 의한 수면 상승 등의 이유로 저지대 침수가 일어났던 지역이다. 다음 그림은 연구대상 지역의 위성사진이다
이론/모형
- 이 방법은 물리적 개념에 기초한 식 들로 구성된 장점이 있다. SWMM 모형에는 12가지 토양 매개변수를 사용할 수 있으며, 본 연구에서는 Green-Ampt 침투식 을 적용하여 대상유역의 토양 종류를 반영하였다. Green-Ampt 식에서 누가침투 체적 F (mm)가 지면 포화 시점의 침투체적 Fs보다 작은 경우, 실제침투율 f는 강우강도 i (mm/sec)와 같다.
- SWMMe 도시유역의 강우에 의한 홍수량을 사정하기 위하여 19기년에 미국 EPA의 지원 아래 Metcalf&Eddy사가 개발한 모형으로서, Florida 대학 및 WRE(Water Resources Engineers) 의 공동연구에 의하여 도시유역 하수시스템내의 유량과 수질을 모의할 수 있도록 구성 되었다. (Huber and Dickinson, 1988) SWMM 모형은 다음 그림과 같이 4개의 실행블록과 6개의 보조블록들로 구성되어 있으며, 126개의 부 프로그램들을 포함하고 있다.
- 강우-유출현상의 모의를 위하여 지표면 유출이 발생하는 소유역을 지면저류가 없는 불투수역 (A3)과 지면저류가 있는 불투 수역(A1), 그리고 지면저류가 있는 투수역 (A2)의 세 부분으로 구분한다. 그리고 이들 지표면을 통한 유출량은 유역을 비선형 저수지로 가정한 후 연속방정식과 Manning식을 사용하여 계산한다.
- 도시유역에 대한 강우-유출 해석이라 할때 이용 가능한 모형은 BRRL, ILLUDAS, SWMM, STORM 등이 있다. 본 연구와 같이 도시유역 및 인위적인 배수체계에 대한 적용만이 아니라 소규모 배수유역에 대한 합성 및 분리와 함께 배 수유역내 각종 수리시설물을 동시에 고려 가능한 모형은 SWMM 모형이라고 판단 하였다.
- 상류 유역에서 강우로 인해 발생하는 지표면유출은 수리학적으로 연결된 하류 유역에 유입되며, 다른 유역으로 유출되지 않는다. 지표면 유출에 대한 기본방정식은 마출경사를 유역경사와 같다고 가정하는 운동파 근사법의 비선형 저류방정식이 사용된다.
- 투수지역에 대한 침투량을 모의하는 방법으로는 Green-Ampt 방법을 사용할 수 있다. 이 방법은 물리적 개념에 기초한 식 들로 구성된 장점이 있다.
성능/효과
- 1m인 경우 우수관에서 더 이상 바다로 배수가 이루어지지 않아 역류하여 많은 월류량이 발생하였다. 2.1m의 경우에는 가장 작은 강우 빈도인 10년빈도에서도 많은 유량이 월류한 것으로 나타나 해수위 영향에 따라 우수관은 많은 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 또한 우수관의 지반고가 낮아 비가오지 않을 경우에도 대조기 전후에는 우수관에서 우수가 관에 차 있으며 썰물시 수위가 낮아지면 해수와 같이 방류되는 것으로 나타났다. 그래서 조금만 비가와도 우수가 우수관에서 해양으로 방류되지 못하고 우수관에 저류되다가 해수의 역류로 도시침 수가 발생하는 것으로 나타났다. 다음 그림은 연구대상 지역의 배수유역도와 절점 및 관망 모식도이다.
- 또한 우수관의 지반고가 낮아 비가오지 않을 경우에도 대조기 전후에는 우수관에서 우수가 관에 차 있으며 썰물시 수위가 낮아지면 해수와 같이 방류되는 것으로 나타났다. 그래서 조금만 비가와도 우수가 우수관에서 해양으로 방류되지 못하고 우수관에 저류되다가 해수의 역류로 도시침 수가 발생하는 것으로 나타났다.
- 1m, 5가지 해수위에 대한 침수특성을 분석하였다. 분석결과에 의하면 빈도별 강우량이 증가하고, 해수위가 상숭할수록 침수량, 즉 우수관거에서 월류되는 유출량이 급격하게 증가함을 알 수 있었고 바다로 배수되는 조건이 유역내 침수유역에 중요한 영향을 주기 때문에 해수위의 영향이 매우 중요한 인자로 작용함을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 월영동 유역에 대한 SWMM 모형을 적용하여 지속시간별, 빈도별 홍수량을 산정고 이들 강우량이 해수 면 상승에 의해 어떠한 유출특성을 보이는 지 분석하였다. 월영동 해안의 지표 표고가2.1m인데 해수위가 상승하여 2.1m를 넘어갈 경우 강우에 의한 침수보다는 해일에 의해 침수되는 것이 주된 요인이기 때문에2.1m 이상의 경우 해일 피해에서 평가하는 것이 타당하다고 판단하였다. 따라서, 최고 해수위를 2.
후속연구
- 본 연구결과는 단순하게 빈도별 강우량과 해수위에 대한 개념만 포함 하였지만, 앞으로 이들 변량이 위험도에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는 방안이 모색되어져야 할 것이다.
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